De prótons a elétrons e núcleos atômicos, os físicos adoram esmagar pequenas coisas. E em breve, eles podem ter uma maneira ainda melhor de obter seus pontapés.
Cientistas do Experimento de Resfriamento por Ionização de Muon, ou MICE, resfriaram um feixe de múons, parte necessária para preparar as partículas para uso em um colisor, informou a equipe no dia 5 de fevereiro na Nature .
Um novo experimento aumenta as perspectivas de construção de um acelerador de partículas que colide com partículas chamadas múons, o que pode levar a um esmagamento de energias mais altas do que qualquer outra projetada anteriormente. Cientistas do Experimento de Resfriamento por Ionização de Muon, ou MICE, resfriaram um feixe de múons, parte necessária para preparar as partículas para uso em um colisor, informou a equipe no dia 5 de fevereiro na Nature .
Para estudar a matéria em seu nível mais fundamental, os físicos esmagam as partículas com altas energias e filtram os destroços. A estratégia revelou partículas anteriormente desconhecidas, como o bóson de Higgs, descoberto no Large Hadron Collider no CERN, perto de Genebra, em 2012.
Esse colisor de 27 quilômetros já é a maior máquina já construída. Para continuar procurando por novas partículas, os cientistas precisam ir a energias mais altas. Quanto maior a energia de uma colisão, as partículas mais pesadas os cientistas poderão descobrir. Chegar a energias mais altas requer um acelerador mais poderoso. Portanto, os cientistas estão planejando versões ainda maiores e mais caros do que os colisores atuais.
Mas colisores que atingem prótons juntos, como o LHC, têm uma grande desvantagem: os prótons são compostos de partículas menores chamadas quarks, cada uma das quais carrega apenas uma fração da energia do próton. Isso significa que cada quebra de partículas tem menos força. Colisões de partículas fundamentais como múons, que não são feitas de partículas menores, não têm esse problema.
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Alguns coletores evitam esse problema de prótons esmagando elétrons e seus opostos antimatéria, pósitrons. Mas essas máquinas também têm uma desvantagem: elétrons e pósitrons perdem energia circulando em torno de um anel acelerador ao lançar raios-X. Esses raios, conhecidos como radiação síncrotron, são menos importantes para partículas mais pesadas, como os múons, que são cerca de 200 vezes mais massivas que os elétrons, permitindo que os múons atinjam energias mais altas.
Mas colidir múons não é uma tarefa simples. Para criar múons, os cientistas lançam um feixe de prótons contra um alvo, criando outras partículas que se decompõem e produzem múons. Esses múons emergem com uma variedade de diferentes energias e direções. Para usar as partículas em um colisor, elas devem ser resfriadas ou agrupadas em uma formação ordenada, assim como o resfriamento de um gás reduz o movimento aleatório de seus átomos.
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| Para criar múons, os cientistas lançaram um feixe de prótons contra um alvo, contido no dispositivo mostrado. STFC |
Sem esse resfriamento, os múons não colidirão quando dois feixes de partículas forem cruzados. "O feixe é muito difuso e os múons simplesmente sentem falta um do outro", diz o físico Chris Rogers, do Laboratório Rutherford Appleton em Didcot, Inglaterra. Agora, pela primeira vez, Rogers e colegas demonstraram o resfriamento de múons.
Os múons se decompõem em outras partículas em cerca de dois milionésimos de segundo. Então "era muito, muito importante encontrar uma maneira eficaz de resfriar esses múons muito rápido", diz a física Nadia Pastrone, do Instituto Nacional de Física Nuclear na Itália, que não estava envolvida no trabalho.
Para realizar esse resfriamento rápido, os pesquisadores passam os múons pelos materiais, fazendo com que os elétrons arranquem elétrons dos átomos no material. Isso diminui o impulso dos múons em todas as direções. Em seguida, os pesquisadores aceleram os múons na mesma direção usando campos eletromagnéticos. Repetir esse processo várias vezes produz um feixe adequadamente denso e ordenado.
O método "pode mudar drasticamente a maneira como construímos grandes aceleradores", diz o físico do acelerador Vladimir Shiltsev, do Fermilab, em Batavia, Illinois, que não faz parte do MICE. "O que estamos falando agora é o início de uma nova era possível na física de partículas e definitivamente na física dos feixes aceleradores".
Fonte: https://www.sciencenews.org/article/barrier-colliding-particles-called-muons-has-been-smashed